Кіріспе

Астрономияның саласы. Аспан механикасы – ғарыштағы объектілердің қозғалысын зерттейтін астрономия саласы. Тарихи тұрғыдан алғанда, аспан механикасы физика заңдарын (классикалық механика) жұлдыздар және планеталар сияқты астрономиялық объектілерге қолданып, эфемеридалық мәліметтерді шығарады.

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон (25 желтоқсан 1642 – 31 наурыз 1727) планеталар, Күн және Ай сияқты аспан денелерінің қозғалысы мен жердегі оқтар мен құлап жатқан алма сияқты денелердің қозғалысын сипаттау үшін бірдей физикалық заңдар жиынтығын енгізгені үшін танымал. Осы тұрғыдан ол аспан және жер динамикасын біріктірді. Ньютонның жалқы тартылыс заңы арқылы дөңгелек орбита жағдайында Кеплер заңдарын дәлелдеу оңай. Эллипстік орбиталарға көбірек күрделі есептеулер қажет, оларды Ньютон өзінің "Principia" еңбегіне қосты.

Жозеф-Луи Лагранж

Ньютоннан кейін Лагранж (25 қаңтар 1736 – 10 сәуір 1813) үш дене мәселесін шешуге тырысты, планеталар орбиталарының тұрақтылығын талдады және Лагранж нүктелерінің бар екенін ашты. Лагранж классикалық механика принциптерін қайта қарастырып, күштен гөрі энергияға көбірек мән берді, сондай-ақ кез келген орбита – тіпті параболалық және гиперболалық орбиталарды сипаттау үшін бір полярлық координаттық теңдеуді қолдану әдісін әзірледі. Бұл планеталар мен кометалардың қозғалысын есептеуге көмектеседі. Жақында ғарыш кемелерінің траекторияларын есептеу үшін де қолданыла бастады.

Саймон Ньюкомб

Саймон Ньюкомб (12 наурыз 1835 – 11 шілде 1909) – канадалық-американдық астроном, ол Питер Андреас Хансеннің Айдың орналасу кестесін жаңартты. 1877 жылы Джордж Уильям Хиллдің көмегімен ол барлық маңызды астрономиялық тұрақтыларды қайта есептеді. 1884 жылдан бастап ол А. М. В. Даунингпен бірлесіп, осы мәселедегі халықаралық жаңсақтықты шешу жоспарын жасады. 1886 жылдың мамырында Парижде өткен стандарттау конференциясына қатысқан кезде, халықаралық келісім бойынша барлық эфемеридтер Ньюкомбтың есептеулеріне негізделуі тиіс болды. 1950 жылы өткен кезекті конференция Ньюкомб тұрақтыларын халықаралық стандарт ретінде растады.

Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн (14 наурыз 1879 – 18 сәуір 1955) 1916 жылғы «Жалпы салыстырмалылық теориясының негізі» атты мақаласында Меркурий планетасының перигелиясының аномальды прецессиясын түсіндірді. Бұл астрономдарды Ньютондық механика ең жоғары дәлдікті қамтамасыз етпейтінін мойындауға итермеледі. 1974 жылы алғашқы бинарлы пульсарлар байқалды, олардың орбиталарын түсіндіру үшін Жалпы салыстырмалылық теориясын қолдану қажет болды, сонымен қатар олардың эволюциясы гравитациялық сәулеленудің бар екенін дәлелдеді, бұл ажайым 1993 жылғы физика саласындағы Нобель сыйлығына жол ашты.

Тоқырау теориясы

Тоқырау теориясы — нақты шешімі жоқ мәселенің жуық шешімін табуға қолданылатын математикалық әдістердің жиынтығы. (Бұл сандық талдауда қолданылатын әдістермен тығыз байланысты, және олардың тамыры ежелгі заманға дейін жетеді.) Қазіргі заманғы тоқырау теориясының алғашқы қолданылуы — аспан механикасының шешілмейтін математикалық мәселелерін шешу болды: Ньютонның Ай орбитасы үшін тапқан шешімі, ол Жер мен Күннің тартылысының әсерінен қарапайым Кеплер эллипсінен айтарлықтай өзгеше қозғалады. Тоқырау әдістері бастапқы мәселенің оңайлатылған нұсқасынан басталады, ол дәл шешілетіндей етіп мұқият таңдалады. Аспан механикасында бұл әдетте Кеплер эллипсі болып табылады, ол екі дене (мысалы, Жер мен Ай) гравитациялық өзара әрекеттескенде дұрыс, немесе екі дене қозғалысының ерекше жағдайларында ғана дұрыс болатын дөңгелек орбита. Бірақ бұл жағдайлар тәжірибелік қолдану үшін көбінесе жеткілікті жақын болады. Шешілген, бірақ оңайлатылған мәселе содан кейін «тоқыратылады», яғни объектінің орнының өзгеру жылдамдығын сипаттайтын теңдеулер нақты мәселенің мәндеріне жақындатылады, мысалы, үшінші, алыс орналасқан дененің (Күннің) гравитациялық тартылысын ескере отырып. Теңдеулердегі шағын өзгерістер — олардың өзі тағы да оңайлатылған болуы мүмкін — бастапқы шешімді түзету ретінде қолданылады. Әр қадамда оңайлатулар жасалғандықтан, түзетулер ешқашан толық болмайды, бірақ тіпті бір түзету циклы да нақты мәселенің айтарлықтай жақсы жуық шешімін бере алады. Түзетулерді тек бір ретте тоқтатудың қажеті жоқ. Ішінара түзетілген шешімді жаңа тоқырау және түзету циклының бастапқы нүктесі ретінде қайта пайдалануға болады. Принцип бойынша, көптеген мәселелер үшін бұрынғы шешімдерді қайта өңдеу және жетілдіру арқылы жақсы шешімдердің жаңа буынын алу процесі кез келген қанағаттандырарлық дәлдікке дейін шексіз жалғасуы мүмкін. Әдістеменің негізгі қиындығы — түзетулер әдетте жаңа шешімдерді күрделілендіреді, сондықтан әрбір циклды басқару алдыңғы түзету циклына қарағанда әлдеқайда қиын. Ньютон Ай орбитасының мәселесі туралы: «Бұл менің басымды ауыртып жіберді» деген сөздері жеткілікті. Бұл жалпы процедура — оңайлатылған мәселеден бастап, біртіндеп түзетулер қосу арқылы түзетілген мәселенің бастапқы жағдайын нақты жағдайға жақындату — жоғары ғылым мен инженерияда кеңінен қолданылатын математикалық құрал болып табылады. Бұл сандармен ежелден қолданылып келген «болжау, тексеру және түзету» әдісінің табиғи жалғасы.

Анықтамалық шеңбер

Аспан механикасындағы мәселелер көбінесе жеңілдетілген координаттық жүйелерде қойылады, мысалы, үш дене мәселесіне қолданылатын синодикалық координаттық жүйе, онда координаталардың бастапқы нүктесі екі үлкен аспан денесінің массалық орталығымен сәйкес келеді. N денелерді модельдеу үшін қолданылатын басқа координаттық жүйелерге денелердің массалық орталығын қозғалатын бастапқы нүкте ретінде таңдау кіреді, мысалы гелиоцентрлік және геоцентрлік координаттық жүйелер. Координаттық жүйенің таңдалуы көптеген құбылыстарға әкеледі, соның ішінде геоцентрлік координаттық жүйедегі жоғары орналасқан планеталардың кері қозғалысын да қамтиды.